How fast are you moving right now? That seems like an easy question. The first tempting answer is, "I'm not moving." Upon further reflection, you realize that maybe the Earth's motion counts. So, a second tempting answer is, "19 miles/second around the Sun." But then you recall learning that the Sun moves around the center of the Milky Way galaxy, and the Milky Way moves within the Local Group of galaxies, and the Local Group moves within the Virgo Cluster, and the Virgo Cluster moves within... "How fast are you moving?" is not an easy question. When Mission Control tells astronauts how fast they're going, there's always an assumed standard of rest. At the start of the voyage, speeds are given relative to the launchpad. But later, when the launchpad is just one more arbritrary place down there on Earth's spinning surface, speeds are given relative to the idealized, non-spinning pinpoint center of Earth. On their way to the Moon, Apollo astronauts had a hard time answering the question, "How fast are you moving?" Speed away from Earth was one thing, and speed toward the Moon was quite another. That's because the Earth and the Moon move relative to one another. Ah, of course! Speed is a relative quantity. When Captain Kirk ask Lieutenant Sulu if the Starship Enterprise has reached a speed of warp 7, Sulu should reply, "Relative to what, Captain?" Such a sassy reply may get subordinate Starfleet officers in trouble, but it is the only good answer to the question, "How fast are you moving?" This is basic relatively talking. Not fancy Einsteinian relativity, but good old fashioned (and still correct) Galilean relativity. Galileo seems to have been the first person to realize that there is no such thing as an absolute speed. Speeds are relative. This means that speeds only have meaning when they are referred to a reference frame. Presumably that reference frame is itself at rest. But then we have to ask again, "At rest relative to what?" Because even the concept of rest has lost any hint of absolute meaning. Speed is relative, and rest is relative. Earth's speed is 19 miles/second relative to the Sun. The Enterprise's speed is warp 7 relative to the center of the Milky Way galaxy. Your speed is zero relative to your easy chair. But depending on where you sit, it is hundreds of miles/hour relative to Earth's center. When we furrow a brow and ask, "But how fast is Earth really moving?" we imagine Spaceship Earth plowing through the ocean of space as it orbits the Sun. But space is not an ocean. It has no substance as water does. Space is not a thing; space is nothing. Space is no thing. You can move between two points in space, say between Earth and Mars, but you can't move through space. There's nothing to move through. It's like trying to say how much a hole weighs. A hole weighs exactly nothing because a hole is nothing. It's a void, and so is space. To move relative to nothing is meaningless. The concepts of speed and of rest have only relative meaning. They are absolutely meaningless. They mean something only with respect to arbitrarily chosen, artificial frames of reference. If, someday, you are buckled into your spaceship, and you see from the side window, say, a space station whizz by at constant speed, there is no way to know which of you is really moving. Neither of you is really moving because there is no deep reality about constant speed. Constant speed in a straight line has only relative meaning, a kind of relative reality. Does this mean that all motion is relative? No! Some motions have only relative meaning, but some motions have absolute meaning, are absolutely real. For example, constant speed is relative, but change in speed is absolute. Calling something absolute in science means that arbitrary standards are not used in its measurement. It is unambiguously measurable. When your spaceship fires its engines, your change in speed is beyond doubt. You feel it in your stomach, and your ship's sensors can measure it. Outside your window, the passing space station may seem to be changing speed, but the beings inside the station will not feel it. And no sensors can measure it. You are really changing speed, and they are really are not. There's something absolutely real about changes in speed. The same goes for rotation. If your spaceship is spinning, you can feel it, and your ship's sensors can measure it. The space station outside may seem to be going around you, but it is you who feels queasy, not the folks in the space station. You are really spinning, and they really are not. There's something absolutely real about rotation. So, some motions are relative, and some are not. There is no deep reality about constant speed, but changes in speed are deeply real, and so are rotations. We have to be thoughtful in our analysis of everyday experience in order to identify what is deeply real. Since we can be fooled by perceptions as basic as speed, maybe every perception deserves careful scrutiny. This is what inspired Einstein to his incredible insights about the speed of light and forward time travel. Knowing how to identify what is deeply real is tough and important work. If a police officer ever pulls you over for speeding and asks, "Do you know how fast you were going?" an insightful, though perhaps unwise, reply would be, "Relative to what?" And then, as you sit in the backseat of the police car and feel it accelerate toward jail, you can add, "But some things are absolute!"
Qual é a sua velocidade neste instante? Esta pergunta parece fácil. Somos tentados a responder: “Eu estou parado.” Pensando melhor, talvez deva-se levar em conta o movimento da Terra. Uma segunda resposta seria: “Cerca de 30 km/s em torno do Sol.” Você lembra ter aprendido que o Sol gira em torno da Via Láctea e esta, em torno do Grupo Local de galáxias, e o Grupo Local move-se dentro do Aglomerado de Virgem, e o Aglomerado de Virgem move-se no interior de... Não é fácil dizer qual a sua velocidade neste instante. Quando o Controle da Missão informa aos astronautas a velocidade que desenvolvem, fica subentendido um padrão de repouso. No início da viagem, as velocidades são medidas em relação à plataforma de lançamento. Mais tarde, quando a plataforma de lançamento é apenas mais um local arbitrário sobre a superfície da Terra que gira, as velocidades são dadas em relação ao centro imaginário da Terra, idealmente não girante. Em sua jornada à Lua, os astronautas da Apolo tiveram diculdades de responder a pergunta: “Qual é a sua velocidade neste instante?” A velocidade de afastamento da Terra é uma coisa, e a velocidade em direção à Lua é outra muito diferente. Isto é porque a Terra e a Lua movem-se uma em relação à outra. Ah, claro! Velocidade é uma quantidade relativa. Quando o Capitão Kirk pergunta ao Tenente Sulu se a Nave Estelar Enterprise atingiu velocidade warp 7, Sulu responderia: “Relativa a quê, Capitão?” Esta resposta insolente pode criar problemas aos oficiais subordinados da Frota Estelar, porém é a única boa resposta à pergunta: “Qual é a sua velocidade neste instante?” Isto é o básico falando de relatividade. Não a sofisticada relatividade de Einstein, mas a velha e boa (e ainda correta) relatividade de Galileu. Galileu parece ter sido a primeira pessoa a compreender que não existe uma velocidade absoluta. As velocidades são relativas. Isto quer dizer que as velocidades somente têm significado quando em função de um referencial. Supõe-se que tal sistema referencial esteja em repouso, Então, temos que perguntar novamente: “Em repouso, em relação a quê?” Porque até mesmo o conceito de repouso perdeu qualquer vestígio de significado absoluto. A velocidade é relativa e o repouso é relativo. A velocidade da Terra é de 30 km/s em relação ao Sol. A velocidade da Enterprise é warp 7 em relação ao centro da Via Láctea. Sua velocidade é zero em relação à sua poltrona. Mas dependendo do local onde você estiver sentado, ela será da ordem de milhares de km/h em relação ao centro da Terra. Quando erguemos a sobrancelha e perguntamos: “Mas qual é realmente a velocidade da Terra?”, imaginamos a Nave Espacial Terra singrando o oceano do espaço enquanto orbita o Sol. Mas o espaço não é um oceano. Não é algo substancial, como a água. O espaço não é uma coisa. O espaço é coisa nenhuma. O espaço é o nada. Você pode se deslocar entre dois pontos no espaço, digamos entre a Terra e Marte, mas não pode deslocar-se pelo espaço. Nada há através do que se mover. É o mesmo que tentar dizer quanto pesa um buraco. Um buraco pesa exatamente nada, porque um buraco é nada. Ele é um vazio. Assim é o espaço. Deslocar-se em relação a nada não faz sentido. Os conceitos de velocidade e de repouso têm apenas significado relativo. São absolutamente sem sentido. Significam alguma coisa apenas em relação a referências artificiais escolhidas arbitrariamente. Se, algum dia, dentro da sua nave espacial, você observar, pela janela lateral, digamos, que uma estação espacial passa velozmente, a uma velocidade constante, não há como saber quem de vocês está realmente em movimento. Na verdade, nenhum dos dois está em movimento porque nada existe de real quanto à velocidade constante. Velocidade constante em uma linha reta tem apenas significado relativo, uma espécie de realidade relativa. Isto quer dizer que todo movimento é relativo? Não! Alguns movimentos têm apenas significado relativo, mas outros movimentos têm significado absoluto, são absolutamente reais. Por exemplo, a velocidade constante é relativa, mas a variação de velocidade é absoluta. Chamar alguma coisa de absoluta, em ciência, quer dizer que não são usados padrões arbitrários em sua medida. É mensurável de modo inequívoco. Quando sua espaçonave faz a ignição dos motores, sua mudança de velocidade não deixa dúvidas. Você a sente no estômago, e os sensores de sua nave podem medi-la. Do lado de fora da janela, a estação espacial que passa parece mudar de velocidade, mas os tripulantes dentro dela não o sentirão. Nenhum sensor da estação espacial pode medir isso. Você está mesmo mudando de velocidade, e eles (na estação espacial) não estão. Há alguma coisa totalmente real nas mudanças de velocidade. Vale o mesmo para a rotação. Se sua espaçonave estiver girando, você pode sentir e os sensores de sua nave podem medir isso. A estação espacial lá fora pode parecer girar ao redor de sua nave, mas é você quem se sente mal, e não o pessoal da estação espacial. Você está girando de verdade e eles, na verdade, não. A rotação é real de maneira absoluta. Portanto, alguns movimentos são relativos, enquanto outros não o são. Não há verdade inerente à velocidade constante, mas as mudanças de velocidade são profundamente reais, tanto quanto as rotações. Temos que pensar com cuidado em nossa análise da experiência quotidiana, para identificar o que é profundamente real. Já que podemos ser enganados pelas nossas percepções tão básicas como a velocidade, talvez toda percepção mereça uma análise minuciosa. Foi isto que inspirou Einstein em seus "insights" incríveis referentes à velocidade da luz e à viagem à frente do tempo. Saber como identificar o que é profundamente real é um trabalho duro e importante. Se um policial parar você por correr demais e perguntar: “Você sabe qual era sua velocidade?” Uma resposta cheia de "insight", mas talvez imprudente, seria: “Relativa a quê?” Então, sentado no banco traseiro do carro de polícia, sentindo-o acelerar em direção à cadeia, você pode acrescentar: “Mas algumas coisas são absolutas!”